一种综合利用二氧化碳的页岩气开发系统技术方案

本发明专利技术提供了一种综合利用二氧化碳的页岩气开发系统，用于开采页岩层内的页岩气，具有这样的特征，将超临界二氧化碳钻井系统、超临界二氧化碳系统以及跨临界二氧化碳制冷系统进行高效耦合，包括：超临界二氧化碳钻井系统，用于开采并供应页岩气，包含二氧化碳储存罐、二氧化碳高压泵以及管道组件；燃气轮机发电系统，用于页岩气与压缩空气燃烧并产生高温高压的烟气，利用高温高压的烟气膨胀做功发电，做完功的烟气仍然带有残余热量；超临界二氧化碳发电系统，用于将做完功的烟气中的残余热量转化为电能；跨临界二氧化碳制冷系统，用于冷却超临界二氧化碳钻井系统的二氧化碳。于冷却超临界二氧化碳钻井系统的二氧化碳。于冷却超临界二氧化碳钻井系统的二氧化碳。

【技术实现步骤摘要】
一种综合利用二氧化碳的页岩气开发系统


[0001]本专利技术涉及一种综合利用二氧化碳的页岩气开发系统，属于能源开发


技术介绍

[0002]能源是经济生产活动中不可或缺的要素，而页岩气作为一种清洁、高效的能源资源，具有很高的开发价值，预计未来85％的发电资源都来源于以页岩气为主的天然气，我国拥有丰富的页岩气资源，发展前景广阔，目前正在加大页岩气勘探开发推进力度。同时化石燃料的大量使用导致二氧化碳为主的温室气体的排放不断增加，造成一系列环境问题，推动能源体系的低碳化，减少二氧化碳排放量已成为当务之急。
[0003]中国众多的页岩层相对于其他国家来说经历了强烈的后期改造，以四川和塔里木盆地为例，其页岩气埋藏大多在4000米至6000米，且地表环境较差，多沙漠。压裂的介质一般采用水资源，但是这不适用于中国，尤其是中国页岩气将来要在水资源稀缺的西北地区开发。若采用水力压裂法，会影响页岩层孔隙度，影响裂缝的导流能力，减少页岩气的采收率，水力压裂法也对水资源有一点污染作用，不能作为开采页岩气的最优选择。
[0004]此外，目前对页岩气开采后需要进行存储和运输至其他区域进行利用，运输也增加了成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种综合利用二氧化碳的页岩气开发系统。为此，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种综合利用二氧化碳的页岩气开发系统，用于开采页岩层内的页岩气，具有这样的特征，将超临界二氧化碳钻井系统、超临界二氧化碳系统以及跨临界二氧化碳制冷系统进行高效耦合，包括：超临界二氧化碳钻井系统，用于开采并供应页岩气，包含二氧化碳储存罐、二氧化碳高压泵以及管道组件；燃气轮机发电系统，用于页岩气与压缩空气燃烧并产生高温高压的烟气，利用高温高压的烟气膨胀做功发电，做完功的烟气仍然带有残余热量；超临界二氧化碳发电系统，用于将做完功的烟气中的残余热量转化为电能；跨临界二氧化碳制冷系统，用于冷却二氧化碳储存罐内的二氧化碳，其中，超临界二氧化碳钻井系统中的二氧化碳储存罐用于储存低温液态的超临界二氧化碳，二氧化碳高压泵通过管道组件将超临界二氧化碳送往页岩层，管道组件采集页岩层内的页岩气并供应给燃气轮机发电系统，燃气轮机发电系统为跨临界二氧化碳制冷系统供电。
[0007]在本专利技术提供的综合利用二氧化碳的页岩气开发系统中，还可以具有这样的特征：其中，燃气轮机发电系统包含压气机、燃烧器、涡轮机构以及第一发电机，压气机用于压缩空气，燃烧器用于使压缩空气与页岩气燃烧，产生大量高温高压的烟气，高温高压的烟气通过涡轮机构带动第一发电机进行发电，第一发电机为压气机和跨临界二氧化碳制冷系统供电并储存剩余的电能。
[0008]在本专利技术提供的综合利用二氧化碳的页岩气开发系统中，还可以具有这样的特
征：其中，跨临界二氧化碳制冷系统包含跨临界二氧化碳储存罐、跨临界二氧化碳压缩机以及空冷器，跨临界二氧化碳储存罐用于储存跨临界二氧化碳，跨临界二氧化碳压缩机用于压缩二氧化碳，空冷器用于冷却二氧化碳，制冷机用于冷却后的二氧化碳通过热传导的方式，冷却超临界二氧化碳钻井系统中二氧化碳储存罐中的二氧化碳。
[0009]在本专利技术提供的综合利用二氧化碳的页岩气开发系统中，还可以具有这样的特征：其中，跨临界二氧化碳制冷系统还包括第一回热器，该第一回热器用于吸收空冷器出口的热量。
[0010]在本专利技术提供的综合利用二氧化碳的页岩气开发系统中，还可以具有这样的特征：其中，跨临界二氧化碳在在跨临界二氧化碳压缩机中的吸热过程处于亚临界区，在空冷器中的放热过程处于超临界区。
[0011]在本专利技术提供的综合利用二氧化碳的页岩气开发系统中，还可以具有这样的特征：其中，超临界二氧化碳发电系统包含超临界二氧化碳储存罐、电动机、超临界二氧化碳压缩机、电动机、换热器、超临界二氧化碳膨胀机、第二发电机以及冷却器，超临界二氧化碳储存罐用于储存超临界二氧化碳，电动机为超临界二氧化碳压缩机提供电力，超临界二氧化碳压缩机用于压缩超临界二氧化碳，换热器用于使超临界二氧化碳吸收做完功的烟气中的残余热量，超临界二氧化碳膨胀机及发电机用于利用吸收热量后的二氧化碳膨胀做功发电，冷却器用于冷却做完功的超临界二氧化碳。
[0012]在本专利技术提供的综合利用二氧化碳的页岩气开发系统中，还可以具有这样的特征：其中，超临界二氧化碳发电系统还包括第二回热器，用于吸收超临界二氧化碳膨胀机出口的热量，并传递热量给超临界二氧化碳压缩机出口的二氧化碳。
[0013]在本专利技术提供的综合利用二氧化碳的页岩气开发系统中，还可以具有这样的特征：其中，冷却器利用空气进行热传导的方式进行冷却。
[0014]在本专利技术提供的综合利用二氧化碳的页岩气开发系统中，还可以具有这样的特征：其中，冷却器与跨临界二氧化碳制冷系统连接，形成回路来实现超临界二氧化碳的冷却。
[0015]在本专利技术提供的综合利用二氧化碳的页岩气开发系统中，还可以具有这样的特征：其中，管道组件还包括连续油管、套管、定向器、造斜器、生产套管、柔性管以及超临界二氧化碳喷射转头，连续油管一端与二氧化碳高压泵连接，另一端通过套管与柔性管和生产套管连接，套管中套装有定向器和造斜器，定向器和造斜器用于使柔性管在一定范围内弯曲，在井筒底部由垂直方向转变为水平方向，超临界二氧化碳喷射转头套装在柔性管另一端，用于将超临界二氧化碳送往页岩层，生产套管的另一端设置在页岩层内，用于采集页岩气。
[0016]专利技术的作用与效果
[0017]本专利技术所涉及的综合利用二氧化碳的页岩气开发系统，包括超临界二氧化碳钻井系统、燃气轮机发电系统、超临界二氧化碳发电系统和跨临界二氧化碳制冷系统，这些系统具有以下这些效果：
[0018]超临界二氧化碳钻井系统通过将超临界二氧化碳送往页岩层，由于超临界二氧化碳具备类似液体的高密度、溶剂化能力强、低黏特性，页岩对二氧化碳的吸附能力是页岩气的4
‑
20倍，因此使用超临界二氧化碳开采可以达到水力压裂法同样的效果，使岩层产生微
裂缝，沟通天然裂缝，并增加页岩层孔隙度，提高页岩气导流能力，提高了气井的单井产量和采收率。
[0019]燃气轮机发电系统，直接利用所采集的页岩气作为能源来发电，同时将多余的能量储存。
[0020]超临界二氧化碳发电系统，通过超临界二氧化碳吸收页岩气燃烧产生烟气的热量，膨胀做功发电，做完功的超临界二氧化碳再经过冷却重新回到最初状态，可循环利用。
[0021]跨临界二氧化碳制冷系统，利用二氧化碳通过热传导的方式冷却超临界二氧化碳钻井系统中二氧化碳储存罐中的二氧化碳后回到最初状态，二氧化碳可循环利用。
[0022]因此，本专利技术对于页岩气的开采效果优于传统方法，由于本专利技术中跨临界二氧化碳制冷系统和超临界二氧化碳发电系统的使用，可以就地利用所开采的页岩气进行能量转化，同时使开采页岩气的开采脱离水的束缚，特别适用于水资源匮乏地域的页岩气开采。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综合利用二氧化碳的页岩气开发系统，用于页岩层内的页岩气，其特征在于将超临界二氧化碳钻井系统、超临界二氧化碳系统以及跨临界二氧化碳制冷系统进行高效耦合，包括：所述超临界二氧化碳钻井系统，用于开采并供应页岩气，包含二氧化碳储存罐、二氧化碳高压泵以及管道组件；燃气轮机发电系统，用于所述页岩气与压缩空气燃烧并产生高温高压的烟气，利用所述高温高压的烟气膨胀做功发电，做完功的烟气仍然带有残余热量；所述超临界二氧化碳发电系统，用于将所述做完功的烟气中的所述残余热量转化为电能；所述跨临界二氧化碳制冷系统，用于冷却所述二氧化碳储存罐内的所述二氧化碳，其中，所述超临界二氧化碳钻井系统中的所述二氧化碳储存罐用于储存低温液态的超临界二氧化碳，所述二氧化碳高压泵通过所述管道组件将超临界二氧化碳送往页岩层，所述管道组件采集所述页岩层内的页岩气并供应给所述燃气轮机发电系统，所述燃气轮机发电系统为所述跨临界二氧化碳制冷系统供电。2.根据权利要求1所述的综合利用二氧化碳的页岩气开发系统，其特征在于：其中，所述燃气轮机发电系统包含压气机、燃烧器、涡轮机构以及第一发电机，所述压气机用于压缩空气，所述燃烧器用于所述压缩空气与所述页岩气燃烧，产生大量所述高温高压的烟气，所述高温高压的烟气通过所述涡轮机构带动所述第一发电机进行发电，所述第一发电机为所述压气机和所述跨临界二氧化碳制冷系统供电并储存剩余的电能。3.根据权利要求1所述的综合利用二氧化碳的页岩气开发系统，其特征在于：其中，所述跨临界二氧化碳制冷系统包含跨临界二氧化碳储存罐、跨临界二氧化碳压缩机、空冷器以及制冷机，所述跨临界二氧化碳储存罐用于储存跨临界二氧化碳制冷系统中的二氧化碳，所述跨临界二氧化碳压缩机用于压缩跨临界二氧化碳制冷系统中的二氧化碳，所述空冷器用于冷却跨临界二氧化碳制冷系统中的二氧化碳，所述制冷机用于冷却后的二氧化碳通过热传导的方式，冷却所述超临界二氧化碳钻井系统中所述二氧化碳储存罐中的二氧化碳。4.根据权利要求3所述的综合利用二氧化碳的页岩气开发系统，其特征在于：其中，所述跨临界二氧化碳制冷系统还包括第一回热器，该第一回热器用于吸收所...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯胜亚，杨其国，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：